هزاز حزمة البولي إلكتروليت

كيف تحل أجهزة الاهتزاز أو أجهزة النفخ الهوائي الصناعية متعددة الإلكتروليت مشاكل تدفق المواد

في بعض الأحيان لا تتدفق المواد السائبة. هل لاحظت يومًا مدى صعوبة إخراج الكاتشب من زجاجة زجاجية، حتى عندما تحمل الزجاجة رأسًا على عقب؟ هل سبق لك أن رأيت شاحنة قلابة ظلت مليئة بالمنتج الذي كانت تحمله، حتى بعد رفع الصندوق إلى وضع فارغ تمامًا؟ هذه أمثلة على مشاكل تدفق المواد. على مدى عقود من الزمن، ساعدت أجهزة الاهتزاز الصناعية متعددة الإلكتروليت وأجهزة التفجير الهوائي في استعادة تدفقات المواد الصلبة السائبة. دعونا نشرح كيف أن استخدام الاهتزاز أو الدفعات المفاجئة من الهواء يحل مشاكل تدفق المواد. (ملاحظة: تُستخدم مصطلحات المادة الصلبة السائبة، والمادة السائبة، والمادة الخام بالتبادل. وتشير جميعها إلى نفس الشيء – نوع من الجسيمات المعلقة.)

ما هي المادة الصلبة السائبة (المادة السائبة)؟

المادة الصلبة السائبة هي أي مادة غير سائلة أو جزيئية يتم نقلها عادة بكميات كبيرة في شكل غير معبأ. تتضمن المواد الصلبة الضخمة عادةً ما يلي:

• مخزنة في القواديس أو الصوامع أو الدلاء
• يتم نقلها في عربات السكك الحديدية أو السفن ذاتية التفريغ أو الحقائب أو الشاحنات

تتضمن أمثلة المواد الصلبة السائبة الشائعة ما يلي:

• طين الكاولين – يستخدم في صناعة السيراميك، ويساعد على تقوية وتبييض الورق، ويستخدم كحشو في إطارات المطاط. يتم شحنه إلى جميع أنحاء العالم على شكل مسحوق.
• البوكسيت هو المعدن الذي يصنع منه الألومنيوم. يتم سحقه وغسله وتحويله إلى مسحوق وإرساله إلى مصانع التكرير. يتم خلطه مع الطين لصنع الطوب، ويستخدمه مصنعو الزيوت لإزالة الروائح واللون من الزيوت.
• الفولاذ – يتطلب الفولاذ العديد من المواد الخام. على سبيل المثال، يحتاج مصنع الصلب إلى خام الحديد من ولاية فرجينيا الغربية، والمنجنيز من البرازيل، ووقود النفط من تكساس، وخردة الحديد من أوكلاهوما، والمغنيتيت من ولاية واشنطن، والدولوميت من ولاية أوريغون، والفيروسيليكون من نيويورك. يتم نقل هذه المواد السائبة عادة في عربات السكك الحديدية.
• الرمل أو الحصى
• أسمنت
• الكبريت
• الليمون
• رقائق الخشب أو نشارة الخشب
• الفحم
• برغوث
• تاكونيت
• الرماد – رطب أو جاف
• فخار
• أرز – مقشر
• صابون – قطع، مسحوق، رقائق
• الحبوب أو الأعلاف
• المواد الحبيبية أو المحببة للإنتاج
• الحجر الجيري
• الملح أو الدقيق أو السكر أو أنواع أخرى من الطعام
• ملح الشمس
• وآلاف أخرى

تخزين المواد الصلبة السائبة

يتم تخزين المواد السائبة في الدلاء، والقمعات، والصوامع، وحاويات التخزين الأخرى. عادةً ما يتم تصميم وحدات التخزين هذه لتصريف المياه تحت تأثير الجاذبية. تحتوي المزالق أو مناطق التفريغ في وحدات تخزين المواد السائبة النموذجية على أسطح داخلية ناعمة، مع جدران مائلة تسمح للمواد المخزنة بالوصول إلى أدنى مستوى لها وتفريغها من خلال فتحة التفريغ. ومع ذلك، في بعض الأحيان حتى الجاذبية تحتاج إلى القليل من المساعدة.

لماذا تواجه المواد الصلبة الضخمة صعوبة في التدفق؟

قد يتأثر تدفق المواد السائبة بمجموعة من العوامل التالية:

• تصميم القمع
• الرطوبة في المادة تسبب الالتصاق أو الالتصاق
• ضغط الرأس أو الجانب الذي يضغط على المادة
• الاحتكاك بين المادة وجدران القادوس
• التحميل غير السليم – يتم إلقاء المواد فوق المواد الموجودة، مما يتسبب في الضغط
• التغير في كثافة المواد

غالبًا ما يتم تصنيف مشاكل التدفق الشائعة على النحو التالي:

حل مشاكل تدفق الكتلة ~ كيف تعمل هزازات حزمة البوليمر الكهربائي

تعتبر أجهزة الاهتزاز الصناعية الطريقة الأكثر شيوعًا وفعالية لحل مشاكل تدفق المواد واستعادة تدفق المواد. تم تصميم جهاز اهتزاز حزمة البوليمر الكهربائي لهز المواد الموجودة داخل حاوية التخزين (الدلو، القادوس، وما إلى ذلك)، وليس هز القادوس بعنف. سوف يعمل جهاز اهتزاز حزمة البوليمر الكهربائي المختار جيدًا والمثبت بشكل صحيح على استعادة التدفق ولن يتسبب في إتلاف خزان التخزين (قد يؤدي جهاز اهتزاز صناعي كبير وغير مناسب إلى إتلاف الهيكل). عندما تهتز المادة، فإنها تتحرك بعيدًا عن جدار القادوس، مما يقلل الاحتكاك بين المادة والجدار. وهذا يسمح للجاذبية بسحب المادة إلى الأسفل لاستعادة التدفق.

هناك نوعان أساسيان من أجهزة الاهتزاز الصناعية، يتم تصنيفهما على أساس نوع قوة الاهتزاز التي تنتجها. خصائص قوتها الاهتزازية وتردداتها مختلفة تمامًا عن بعضها البعض ويتم استخدامها لتطبيقات مختلفة.

نوعان أساسيان من أجهزة الاهتزاز الصناعية لحزم البوليمر الكهربائي:

1. هزازات خطية
2. هزازات دوارة

غالبًا ما تُعرف أجهزة الاهتزاز الخطية باسم أجهزة اهتزاز حزمة البوليمر الكهربائي المكبسي لأنها تستخدم مكبسًا تردديًا لإنشاء تأثير يؤدي إلى ثني جدار الحاوية. يؤدي هذا الإجراء الانحناء إلى إرخاء المادة العالقة على الحائط، وبالتالي استعادة تدفق المادة.

مبادئ الاهتزاز الخطي

كان “الاهتزاز الخطي” الأول عبارة عن مطرقة ثقيلة. تخلق أجهزة الاهتزاز ذات الحزمة الخطية من البوليمر الكهربائي تأثير صدمة (موجة صدمة) على جدار الدلو. يؤدي تأثير التأثير إلى انحناء جدار الدلو ذهابًا وإيابًا، وهو ما يسمى بـ “علبة الزيت”. يؤدي الإزاحة الخطية لجدار الدلو إلى إرخاء المادة السائبة، وتقليل الاحتكاك بين المادة وجدار الدلو، ويسمح للمادة بالتدفق نحو جدار الدلو. في بعض الحالات، يجب أن يولد الهزاز الخطي قدرًا كبيرًا من القوة لتحريك المواد، مما يؤدي إلى حدوث ضوضاء مفرطة ويمكن أن يتسبب في أضرار هيكلية إذا تم تركيبه بشكل غير صحيح. ومن الأمثلة على ذلك بئر في مصنع للمنظفات المسحوقة. في المصنع، تم نقل المنظف عبر عدة طوابق من خلال أنبوب يبلغ قطره حوالي 5 أقدام (1.5 متر)، ولكن كانت هناك مشاكل في التدفق بسبب التصاقه بجوانب جدار الأنبوب. ولحل مشكلة الالتصاق، قام المصنع بتركيب هزاز حزمة بولي إلكتروليت مكبسي على الأنبوب. كان عليهم زيادة حجم حزمة هزاز البوليمر الكهربائي بالمكبس تدريجيًا لأنهم لم يتمكنوا من تدفق المنتج بشكل صحيح. تم في النهاية تركيب هزاز مكبس مقاس 4 بوصات ولكنه تسبب في حدوث المزيد من المشاكل من خلال إتلاف الميزاب وإحداث ضوضاء مفرطة. في بعض الأحيان يتم اختيار النوع الخاطئ من الهزاز الصناعي لحل مشكلة التدفق، وعندما لا ينجح في حل المشكلة، فإنه يحل المشكلة. لا يعني وجود أجهزة اهتزاز أكبر دائمًا أنها أفضل.

نوعان عامان من أجهزة الاهتزاز ذات الحزمة الخطية (المكبسية) المصنوعة من مادة البولي إلكتروليت:

1. يسمح مكبس التأثير للمكبس الداخلي بضرب قاعدة الاهتزاز الخاصة بحزمة البوليمر الكهربائي، مما ينتج عنه أعلى قوة وتردد.
2. يستخدم المكبس غير المؤثر (مع وسادة هوائية) وسادة هوائية لتقليل حركة المكبس، وبالتالي يعكس المكبس اتجاهه قبل ضرب قاعدة الاهتزاز لحزمة البوليمر الكهربائي. لذلك، تكون مكابس الوسادة أكثر هدوءًا، ولكنها تنتج قوة وترددًا أقل من النوع الذي يسبب التأثير.

خصائص هزازات المكبس:

• تستهلك أجهزة الاهتزاز ذات المكبس الهوائي كمية أقل من الهواء مقارنة بالأجهزة الاهتزازية الدوارة الهوائية.
• إنتاج الحركة الترددية المطلوبة للمغذيات والشاشات المهتزة.
• تعمل أجهزة الاهتزاز ذات الحزمة البوليمرية الكهربائية ذات المكبس الهوائي بشكل أفضل من المطارق الثقيلة. يؤدي ضرب الدلو بمطرقة ثقيلة إلى إحداث ثقب داخل الدلو مما يمنح المادة مكانًا للتعليق، مما يتسبب في حدوث المزيد من مشاكل التدفق. يمكن أن يؤدي استخدام جهاز اهتزاز حزمة البوليمر الكهربائي الصناعي إلى منع الضرر الناتج عن المطرقة الثقيلة.
• قد يؤدي الانحناء إلى إجهاد هيكلي إذا لم يتم تثبيته بشكل صحيح.
• صاخبة جدًا – يمكن أن تنتج اهتزازات المكبس التأثيرية 110 ديسيبل أو أكثر.

أمثلة على الهزازات الخطية:

• هزاز حزمة بولي إلكتروليت بمكبس هوائي
• الهزازات الكهرومغناطيسية
• مطرقة ثقيلة

تنتج أجهزة الاهتزاز الدوارة موجة جيبية من الطاقة تتصرف بشكل مختلف تمامًا عن الاهتزاز الخطي. تستخدم أجهزة الاهتزاز الصناعية ذات الحزم الدوارة المصنوعة من البوليمر الكهربائي وزنًا غير متوازن دوارًا لتوليد موجة الطاقة هذه. عندما يتم تسخير الطاقة بالتثبيت المناسب، يتم نقل الاهتزاز الدوراني من خلال جدار القادوس إلى المادة الموجودة داخل القادوس. عندما يتم ضبط الموجة الجيبية للطاقة على التردد الرنان الطبيعي للمادة، تبدأ الكتلة الصلبة بالتدفق مثل السحر!

مبادئ الاهتزاز الدوراني

ينتج جهاز اهتزاز حزمة البوليمر الكهربائي الدوار اهتزازًا “دورانيًا” باستخدام وزن دوار غير متوازن (مثل إطار السيارة غير المتوازن بشكل صحيح). الوزن غير متوازن لأن مركز ثقله يختلف عن مركز دورانه. القوة غير المتوازنة أو الشاذة التي تسبب الاهتزاز تعتمد على كتلة الوزن الدوار. يتم تحديد القوة غير المتوازنة من خلال المسافة بين مركز الثقل ومركز الدوران ويتم التعبير عنها بالبوصة-الرطل (كجم-مم). على سبيل المثال، يُقال عن وزن يزن رطلاً واحدًا ومركز ثقله يقع على بعد بوصة واحدة من مركز الدوران أنه يتأثر بقوة غير متوازنة مقدارها بوصة واحدة رطل.

التردد هو عدد الدورات الكاملة التي يقوم بها الوزن الدوار في هزاز حزمة البوليمر الكهربائي الدوارة في فترة زمنية معينة. يتم التعبير عن التردد في صناعتنا الخاصة بـ “الدورات في الدقيقة” (rpm). تشير القوة الطاردة المركزية، والتي يتم التعبير عنها بقوة الرطل، إلى القوة التي يولدها وزن دوار خارج المركز. كلما كان الوزن غير المتوازن أكبر وكانت سرعته أكبر، كلما تم إنتاج قوة الطرد المركزي بشكل أكبر. تحدد هذه القوة سعة موجة الطاقة للاهتزاز الدوار.

معادلة باوند للقوة الطاردة المركزية:

عدم التوازن (بالرطل) × 0.0000284 × دورة في الدقيقة² = رطل من قوة الطرد المركزي

الاهتزاز “الدوراني” هو موجة جيبية من الطاقة. تحدد سرعة الدوران تردد الاهتزاز. القوة الطاردة المركزية هي القوة التي يتم إنشاؤها بواسطة وزن دوار غير متوازن ويتم تمثيلها بسعة (A) الموجة الجيبية. تنتج هذه القوة، التي يتم قياسها بالرطل-القوة، عن ميل الكتلة الدوارة إلى الهروب من مدارها. ينطبق هذا فقط على الهزازات الدوارة (القوة ليست هي نفسها القوة الخطية المنتجة في الهزازات من نوع المكبس).

القوة الطاردة المركزية (CF) تتناسب مع:

• وزن الكتلة الدوارة
• المسافة اللامركزية (المسافة بين مركز الكتلة ومركز الدوران)
• مربع سرعة الدوران (دورة أو دورة في الدقيقة)

التأثيرات:

• ضعف الوزن = ضعف القوة الطاردة المركزية
• ضعف المسافة المركزية = ضعف القوة الطاردة المركزية
• ضعف السرعة (دورة في الدقيقة) = أربعة أضعاف القوة الطاردة المركزية

ملكيات:

• نوع الاهتزاز الخالي من التأثير له تأثير ضئيل على جدار الحاوية
• ضوضاء أقل – بسبب عدم وجود تأثير أو انحناء لجدار الدلو
• سطح اختراق أكبر – عند التثبيت بشكل صحيح، يمكن نقل الاهتزاز لتنشيط المزيد من المواد بشكل فعال مقارنة بهزازات المكبس.
• تدفق الكتلة الاتجاهي “المتحكم به”.
• بشكل موحد، أول من يدخل – أول من يخرج
• فصل الجسيمات المحدود – يساعد على التحكم في جودة المنتجات مثل تربة الأصيص والخرسانة
• عندما يقترب تردد الاهتزاز من التردد الطبيعي للمادة، تكون هناك حاجة إلى قوة أقل للاهتزاز وتحريك المادة – (مبدأ التردد الرنيني)

أمثلة على أجهزة الاهتزاز ذات الحزمة الدوارة من البوليمر الكهربائي:

• هزاز حزمة بولي إلكتروليت كروي هوائي
• هزازات الأسطوانة الهوائية
• هزاز حزمة بولي إلكتروليت توربيني هوائي
• هزازات المحرك الهوائي
• هزاز، حزمة بولي إلكتروليت، محرك هيدروليكي
• هزاز كهربائي دوار متعدد الإلكتروليتات

ما هو التردد الرنان؟

تهتز جزيئات أي نوع من المادة استجابة للطاقة المطبقة. عندما يتطابق تردد الطاقة المطبقة مع التردد الطبيعي للمادة، تزداد كمية الحركة أو سعة الاهتزاز بشكل كبير. عندما يحدث هذا، يقال أن المادة تتردد. التردد الطبيعي أو “الرنين” للمادة هو التردد الذي تهتز به المادة بسهولة (يتطلب أقل قدر من الطاقة للتسبب في الاهتزاز). يستخدم البيانو التردد الطبيعي الفريد لأوتاره لإنشاء موسيقى جميلة. على سبيل المثال، عندما يتم عزف مفتاح البيانو “C الأوسط”، فإننا نسمع صوت “C” لأنه يتم ضرب وتر “مضبوط” للرنين عند 256 اهتزازًا في الثانية. تبدأ جميع الأوتار الأخرى بالاهتزاز أيضًا، ولكن فقط الأوتار الوسطى “C” تهتز بسعة كافية لسماعها. هذا هو الوتر الوحيد الذي يهتز عند تردده الرنان.

كما هو الحال مع جميع المواد، فإن الهياكل والمواد الصلبة السائبة لها تردد رنين محدد. يعتمد التردد الرنيني لمادة معينة إلى حد كبير على كتلة وخصائص تلك المادة الهندسية. يختلف التردد الرنيني لجدار القمع عن تردد الجسم الصلب الموجود بالداخل، وبالتالي فإن تردد الطاقة الذي يتسبب في اهتزاز القمع إلى أقصى حد ليس هو نفس التردد الذي “يثير” الجسم الصلب. عادةً ما تتردد جدران القمع عند الترددات المنخفضة، في حين تتردد المواد الصلبة للكتلة عند الترددات الأعلى.

وضع الاهتزازات الهندسية موضع التنفيذ

يمكن أن يكون الاهتزاز المطبق مفيدًا جدًا في إنشاء تدفق حجمي للمواد. يؤدي الاهتزاز الدوراني إلى إزاحة المادة من جدار القادوس، مما يسمح للمادة “بالانزلاق” عبر القادوس. يقلل الاحتكاك بين جدار القادوس والمادة السائبة، مما يسمح للجاذبية بالقيام ببقية العمل.

• القوة الطاردة المركزية تسبب تحرك المواد.
• يقلل من حركة الاحتكاك للمواد
• تتدفق المواد بسهولة بسبب انخفاض الاحتكاك والجاذبية.

عادةً ما تعمل أجهزة اهتزاز الحزمة الدوارة المصنوعة من البوليمر الكهربائي بقوة غير متوازنة صغيرة عند سرعة دوران عالية في الدقيقة لإنتاج اهتزازات عالية التردد/منخفضة القوة. تعمل أجهزة الاهتزاز ذات القوة غير المتوازنة العالية بسرعة أقل لإنتاج المزيد من القوة/اهتزاز بتردد أقل.

عندما يتم تطبيق الطاقة على مادة صلبة كبيرة عند ترددها الرنيني، يمكن لكمية صغيرة من القوة أن تنتج إزاحة كبيرة للمادة (يتم ضبط تردد القوة على التردد الطبيعي للمادة). إذا ضربت الاهتزازات مكانًا ما على منحنى التردد الرنان للمادة السائبة، فسوف يحدث تيار. ليس من الضروري معرفة التردد الرنيني “الدقيق” للمادة، ومن الصعب معرفته لأن كثافة المواد تتغير في ظل ظروف مختلفة. هناك قواعد عامة يجب عليك اتباعها، والتي سوف تساعدك في حل مشاكل البث الخاصة بك. عندما يتم تطبيق الطاقة على تردد مختلف عن التردد الرنان، ستكون هناك حاجة إلى المزيد من القوة لتحريك نفس الكمية من المادة (تردد القوة لا يتوافق مع التردد الطبيعي للمادة).

يمكن “ضبط” الاهتزازات الدوارة لتحقيق أقصى قدر من الكفاءة. قم بتغيير تردد الاهتزاز عن طريق ضبط سرعة المحرك الهيدروليكي أو CFM للمحرك الهوائي أو هزاز حزمة البوليمر الكهربائي. القاعدة العامة هي تغيير السرعة (التردد يساوي عدد الدورات في الدقيقة) لتتناسب مع الظروف. يمكن استخدام العاكس لضبط سرعة هزاز حزمة البوليمر الكهربائي. تحتوي العديد من أجهزة الاهتزاز الصناعية لدينا أيضًا على أوزان قابلة للتعديل توفر تصنيفات مختلفة للقوة غير المتوازنة. نظرًا لأن المواد تتردد عند ترددها الطبيعي، قم بتقريب هذا التردد عن طريق ضبط RPM (السرعة) حتى تتدفق المواد. بشكل عام، تستجيب المواد ذات الحبيبات الدقيقة بشكل أفضل للاهتزازات عالية التردد، في حين تستجيب المواد الأكثر خشونة والأثقل بشكل أفضل للقوى الأعلى والترددات المنخفضة. تتطلب بعض المواد الصلبة الضخمة، مثل ملح الشمس، ترددات عالية لإثارة المادة الدقيقة، ولكنها تتطلب أيضًا قدرًا كبيرًا من القوة لتحريك الكتلة لأنها رطبة وثقيلة جدًا.

المبادئ التوجيهية العامة للمواد السائبة ~ اقتراحات السرعة والقوة

• المواد الحساسة للسعة هي عادةً مواد أثقل مثل الفحم والصخور والرمل، وتستجيب لموجات الطاقة الأبطأ بسعة أعلى.
• المواد الحساسة للترددات هي عادةً مواد ذات جسيمات دقيقة مثل الملح والأسمنت والدقيق ، وتستجيب بشكل جيد لموجات الطاقة الأسرع.
• المواد التي ليست صغيرة ولا كبيرة، ولكنها خفيفة إلى حد ما، مثل رقائق الخشب، تستجيب بشكل أفضل لموجات الطاقة الأبطأ وعادة ما تتطلب المزيد من القوة لإنشاء تيار حتى لو كان وزن المادة ضئيلاً. ملح الشمس هو مادة صلبة غير عادية أخرى. إنها تتطلب ترددًا عاليًا لأن المنتج يتكون من جزيئات دقيقة، ولكنها تتطلب أيضًا قدرًا كبيرًا من القوة لأنها ثقيلة. تعمل قوة الخرج العالية على تحريك كتلة الملح الشمسية وإثارة تردد الجسيمات الدقيقة (الملح). تتمتع هزازات حزمة البوليمر الكهربائي التوربينية والأسطوانية بالقوة والتردد اللازمين لحل هذه الأنواع من مشاكل التدفق.